Question

【題目】我國著名化學(xué)家申泮文教授對硼烷化學(xué)的研究開啟了無機(jī)化學(xué)的新篇章；硼族元素及其化合物應(yīng)用廣泛。回答下列問題：

（1）基態(tài)B原子的價(jià)電子軌道表達(dá)式為________，B原子核外電子有_____個(gè)不同的能級。

（2）硼、鋁同主族，晶體硼的熔點(diǎn)為2300℃，金屬鋁的熔點(diǎn)為660.3℃，試從晶體結(jié)構(gòu)解釋其原因：_________________________________________________。

（3）實(shí)驗(yàn)測得AlCl3的蒸氣是締合的雙分子（Al2Cl6），它的結(jié)構(gòu)和球棍模型如圖：

已知在Al2Cl6分子中正負(fù)電荷中心重合，則Al2Cl6屬于______分子（填“極性”或“非極性”），其中Al原子的軌道雜化類型是_________。

（4）氨硼烷（NH3BH3）是一種高性能新型儲(chǔ)氫材料，分子中存在配位鍵，提供孤電子對的成鍵原子是________（填元素符號），寫出一種與氨硼烷互為等電子體的分子________（填化學(xué)式）。

（5）常溫常壓下硼酸（H3BO3）晶體結(jié)構(gòu)為層狀，其二維平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。試解釋硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時(shí)溶解度增大的原因_________________________________________。

（6）氮化硼（BN）晶體是一種特殊的耐磨和切削材料，其晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，如圖2所示。

①氮化硼晶體中與氮原子直接連接的硼原子構(gòu)成的幾何形狀為________。

②已知立方氮化硼晶體中晶胞參數(shù)為a nm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則該晶體的密度表達(dá)式為_________gcm3。

Answer 1

【答案】 3 鋁為金屬晶體，金屬鍵不強(qiáng)，熔點(diǎn)不高；晶體硼為原子晶體，原子間靠共價(jià)鍵結(jié)合，且共價(jià)鍵數(shù)量多，作用較強(qiáng)，因此其熔點(diǎn)高于鋁 非極性 sp3 N C2H6 硼酸分子間通過氫鍵締合，加熱時(shí)部分氫鍵被破壞 正四面體

【解析】

（1）B為5號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律分析；

（2）結(jié)合晶體類型與物質(zhì)熔點(diǎn)的關(guān)系分析；

（3）根據(jù)空間成鍵方式判斷；

（4）根據(jù)元素原子的電負(fù)性分析作答；

（5）結(jié)合題意，根據(jù)氫鍵對物質(zhì)沸點(diǎn)的影響效果作答；

（6）在氮化硼晶體中，N原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心，所以有：8×+6×=4個(gè)；B原子位于晶胞的內(nèi)部，共4個(gè)，則一個(gè)晶胞中有4個(gè)N和4個(gè)B，結(jié)合幾何關(guān)系計(jì)算。

（1）B原子核外電子排布為1s22s22p1，共占有3個(gè)不同的能級；價(jià)電子為2s22p1。

（2）鋁為金屬晶體，金屬鍵不強(qiáng)，熔點(diǎn)不高；晶體硼為原子晶體，原子間靠共價(jià)鍵結(jié)合，且共價(jià)鍵數(shù)量多，作用較強(qiáng)，因此其熔點(diǎn)高于鋁。

（3）Al2Cl6分子中正負(fù)電荷中心重合，則屬于非極性分子；在Al2Cl6中每個(gè)鋁原子和4個(gè)氯原子形成共價(jià)鍵，故Al原子采取sp3雜化。

（4）氨硼烷(NH3BH3)中，N和B的化合價(jià)均為3，“BH3”與“NH3”的化合價(jià)都是0，兩者之間通過配位鍵相連，B的最外層有3個(gè)電子結(jié)合3個(gè)H原子，還缺少兩個(gè)電子就達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而N結(jié)合3個(gè)H原子，還有1個(gè)孤電子對，所以N提供孤對電子而B提供空軌道形成配位鍵。與氨硼烷互為等電子體的微粒，必須具有相同的價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)，C2H6與氨硼烷互為等電子體。

（5）在H3BO3分子間主要通過氫鍵相連，加熱時(shí)部分氫鍵易被破壞，所以硼酸在冷水中的溶解度小而加熱時(shí)溶解度增大。

（6）①在氮化硼晶體中，N原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心，所以有：8×+6×=4個(gè)；B原子位于晶胞的內(nèi)部，共4個(gè)，則一個(gè)晶胞中有4個(gè)N和4個(gè)B。與N原子直接相連接的B原子構(gòu)成的幾何形狀和與B原子直接相連接的N原子構(gòu)成的幾何形狀一樣，均為正四面體，其中N原子在體心，4個(gè)B原子在頂點(diǎn)。

②晶胞的質(zhì)量：m=ρ·V=×(11+14) g，故ρ=÷(a×107)3gcm3=gcm3。